70

1. Компоновочный расчет печатного узла

Под компоновкой понимается процесс размещения комплектую­щих модулей, электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и деталей РЭА на плоскости или в пространст­ве с определением основных геометрических форм и размеров. В зависимости от уровней модульности различают несколько уровней компоновки аппаратуры: микросхем и ЭРЭ на плате, ячеек в бло­ке, блоков в шкафу и т. д.

Процесс компоновки завершается полу­чением компоновочного эскиза. При компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность, требования прочности и жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режи­ма, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуата­ции, ремонта.

Размещение комплектующих элементов в модулях всех уровней должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объема с удобным доступом для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна при­водить к разборке всей конструкции или ее составных частей.

Спецификой компоновки печатных узлов с применением микросхем и микросборок явилось разделение печатной платы модуля на соответствующие конструктивные зоны (рис.1.1), при этом компоновка элементов (за исключением разъема) регламентируется только монтажной зоной S_монт. Технологическая зона, состоит из четырех краевых полей вокруг монтажной зоны, предназначается для крепления печатной платы в технологической остнастке при сборке, монтаже и контроле, а также для крепления несущей конструкции (рамки), установки разъема с выводами и лицевой панели с контрольными гнездами.

Рис. 1.1. Эскиз печатной платы

Площадь занимаемая электрорадиоэлементами определяется суммой площадей, занимаемых электрорадиоэлементами на плате согласно ОСТ 4ГО .010.030 с учетом площади занимаемой соединительными проводниками

где k = 2…4 – коэффициент учитывающий увеличение площади платы с учетом площади занимаемой соединительными проводниками, S _i – площадь занимаемая i-м электрорадиоэлементом, определяемая площадью прямоугольника, описанного вокруг электрорадиоэлемента с выступающими выводами на поверхности печатной платы.

При этом если S_ЭРЭ < S_монт , то все электрорадиоэлементы электронной схемы размещаются на одной печатной плате, если S_ЭРЭ > S_монт , то определяют количество печатных плат К_ПП , необходимых для размещения электрорадиоэлементов

2. Ориентировочная оценка надежности эа

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Для рас­чета надежности необходимо иметь логическую модель безотказ­ной работы системы. При ее составлении предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и система могут нахо­диться в одном из двух состояний: работоспособном или нерабо­тоспособном.

Элемент, при отказе которого отказывает вся систе­ма, считается последовательно соединенным на логической схе­ме надежности. Элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, считается включенным параллельно.

Расчет надежности ЭА по внезапным отказам.

Анализ логической схемы надежности определяет способ расчета показателей надежности изделия. Если схема со­стоит только из последовательно включенных элементов, то система является нерезервированной.

1. Определяются интенсивности отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия:

(1)

где _0i— номинальная интенсивность отказов; k₁ и k₂—попра­вочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов; kз—поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры; k₄ — поправочный коэф­фициент в зависимости от давления воздуха; a(T, k_н)— попра­вочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента (Т) и коэффициента нагрузки (k_н). Значения номинальных интенсивностей отказов некоторых элементов даны в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Интенсивности отказов ЭРЭ

Наименование элемента	1/ч	Наименование элемента	1/ч
Микросхемы со средней сте-­	0,013	—”— силовые	0,025
пенью интеграции		Автотрансформаторы	0,06
Большие интегральные схемы	0,01	Дроссели	0,34
Наборы транзисторов	0,4	Катушки индуктивности	0,02
Транзисторы германиевые:		Обмотки электродвигателя	0,08
до 2 мВт	0,4	Реле	0,25-n
до 20 мВт	0,7	Соединители	0,062-n
до 200 мВт	0,6	Переключатели кнопочные	0.07-n
свыше 200 мВт	1,91	Гнезда	0,01
Транзисторы кремниевые:		Клеммы, зажимы	0,0005
до 150 мВт	0,84	Провода соединительные	0,015
до 1 Вт	0,5	Кабели	0,475
до 4 Вт	0,74	Изоляторы	0,05
Диоды германиевые	0,157	Аккумуляторы	7,2
Диодые кремниевые	0,2	Батареи заряжаемые	1,4
Конденсаторы бумажные	0,05	Электродвигатели	8,6
—”— керамические	0,15
—”— слюдяные	0,075	—”— синхронные	0,359
—”— стеклянные	0,06	—”— вентиляторные	2,25
—”— электролити­ческие	0,035	Антенны	0,36
		Волноводы жесткие	1,1
—”— воздушные	0,034	Волноводы гибкие	2,6
переменные		Предохранители	0,5
Резисторы композиционные	0,043	Выводы высокочастотные	2.63
—”— пленочные	0,03	Плата печатной схемы	0,7
—”— проволочные	0,087	Пайка печатного монтажа	0,01
—”— угольные	0,045	Пайка навесного монтажа	0.03
Трансформаторы входные	1,09	Пайка объемного монтажа	0,02
—”— выходные	0,09	Микрофоны динамические	20
—”— звуковой частоты	0.02	Громкоговорители динамические	4
—”— высокочастотные	0.045	Датчики оптические	4.7
Примечание: n —число контактов

В табл. 2.2 —2. 4 приведены попра­вочные коэффициенты k₁ , k₂ , k₃ , k₄ .

Таблица 2.2

Коэффициенты влияния механических воздействий

Условия эксплуатации aппаратуры	Вибрация k 1	Ударные нагрузки k2	Суммарные воз­действия
Лабораторные	1,0	1,0	1,0
Стационарные (полевые)	1,04	1,03	1,07
Корабельные	1,3	1 ,05	1,37
Автофургонные	1,35	1,08	1,46
Железнодорожные	1,4	1,1	1,54
Самолетные /	1,46	1,13	1,65

Таблица 2.3.

Коэффициент влияния влажности

Влажность, %	Температура, oС	Поправочный коэффициент k 3
60...70	20...40	1,0
90...98	20...25	2,0
90...98	30...40	2,5

Таблица 2.4.

Коэффициент влияния атмосферного давления

Давление, кПа	Поправочный коэф­фициент k4	Давление, кПа	Поправочный коэф­фициент k4
0,1...1,3	1,45	32,0...42,0	1.2
1,3...2,4	1.40	42,0...50,0	1,16
2,4...4.4	1,36	50,0...65,0	1,14
4,4...12,0	1,35	65,0...80,0	1,1
12,0...24,0	1,3	80,0...100,0	1.0
24,0...32,0	1,25

Коэффициенты электрической нагрузки k_н определяются по формулам, приведенным в табл. 2.5 в зависимости от типа ра­диоэлемента.

Таблица 2.5.

Коэффициенты нагрузки ЭРЭ

Наименование элемента	Контролируемы параметры	Коэффициент нагрузки k	Рекомендуемые значения в режиме
			импуль-сный	статичес-кий
Микросхемы	Максимальный выходной ток , Iвых.max Входной ток микросхем включенных на выходе, Iвхi Число нагруженных входов n		-	-
Транзисторы	Мощность, рассеиваемая на коллекторе, Р к		0,5	0,2
Полупроводни-ковые диоды	Обратное напряжение, U0		0,5	0,2
Конденсаторы	Напряжение на обкладках, U		0,7	0,5
Резисторы	Рассеиваемая мощность , Р		0,6	0,5
Трансформаторы	Ток нагрузки , Iн		0,9	0,7
Электрические соединители	Ток , Iк		0,8	0,5

Графики для определения поправочных коэффициентов для ряда различных радиоэлементов приведены на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Зависимости : а - для транзисторов; б - для трансформаторов; в - для полупроводниковых диодов; г - для конденсаторов; д - для резисторов

Результаты удобно представлять в виде табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Определение интенсивности отказов

№	Наименование элемента	Интенсивность отказов в нормальном режиме, 1/ч 0i 10-6	Поправочный коэффициент				Кол-во ЭРЭ, шт. Ni	Интенсивность отказов i-го элемента с учетом внешних условий i =0i k1k2k3k4 Ni, 1/ч
			k1	k2	k3	k4
1 2 . . . n

2. Интенсивность отказов си­стемы (1/ч).

Среднее время наработки до отказа T_cp =1/_ , (ч).

3. Рассчитывается вероятность безотказной работы в течение заданной наработки (0, tp). Для нерезервированных систем

где n — число элементов. При t_p << Tcp можно воспользоваться разложением в ряд Тейлора

4. Для ремонтируемой РЭА определяется коэффициент готов­ности, равный вероятности нахождения системы в состоянии ра­ботоспособности при длительной эксплуатации:

- для нерезервированной системы

где - интенсивность восстановления РЭС,- среднее время восстановления печатного узла.